通过酶促交联方法制备的果胶-丝胶水凝胶，其中嵌入了ZnO@没食子酸纳米颗粒：这种水凝胶具有可注射性、自愈能力和抗菌性能，适用于伤口敷料

《International Journal of Biological Macromolecules》：Enzymatically crosslinked pectin–silk fibroin hydrogel with embedded ZnO@Gallic acid nanoparticles: An injectable, self-healing, and antibacterial wound dressing

光热-营养剥夺协同治疗新策略。钴掺杂多聚多巴胺（CP）作为光热剂和葡萄糖氧化酶（GOx）载体，通过相变材料（PCM）控温（45℃），实现GOx催化葡萄糖分解产H2O2和葡萄糖酸，协同破坏NAD+/NADH平衡及三羧酸循环，诱导肿瘤细胞凋亡坏死，同时激活M1型巨噬细胞及CD4+/CD8+ T细胞浸润，增强抗肿瘤免疫。

　　

双龙唐|王曦|李静宇|文晓丹|陈浩|严梅|陈曦|郭崇森

中国哈尔滨工业大学化学与化学工程学院空间电源国家重点实验室，哈尔滨，150001

摘要

尽管光热疗法（PTT）被认为是一种有效的肿瘤消融方法，但PTT过程中普遍存在的超过50°C的过热现象会损伤周围正常组织。将肿瘤部位的营养耗尽与温和的光热疗法结合似乎是克服这一难题的有效途径。在这项研究中，钴掺杂的多巴胺（CP）同时作为光热剂和葡萄糖氧化酶（GOx）载体，实现了饥饿辅助的光热疗法。与纯多巴胺相比，CP具有更多的弱酸位点，其包封效率和负载能力分别达到了89.71%和47.29%。CPGP是通过在负载了GOx的CP表面涂覆相变材料（PCM）层制备的。固化的PCM阻止了GOx与葡萄糖的结合，从而抑制了GOx的活性。当PCM在45°C熔化时，GOx的活性恢复正常。CPGP能够降低细胞内NAD⁺、NADH和ATP的水平，导致线粒体功能障碍，并诱导细胞凋亡或坏死。因此，CPGP介导的饥饿-光热联合疗法表现出有效的肿瘤杀伤效果。此外，在小鼠模型中观察到M1极化巨噬细胞、CD4⁺ T细胞和CD8⁺ T细胞的增加。

引言

光热疗法（PTT）是一种新兴且有效的肿瘤治疗方法，其中光热剂将光能转化为热能，在肿瘤部位产生局部高温，具有相对较高的时空分辨率[1]、[2]、[3]、[4]。然而，大多数PTT（温度超过50°C）尝试会诱导肿瘤细胞表达热休克蛋白，这些蛋白可以保护癌细胞免于坏死或凋亡[5]、[6]。此外，高温还会对周围器官和组织造成不可逆的损伤。因此，一个重要的问题是如何在PTT过程中将肿瘤温度保持在42-48°C的安全范围内。相变材料（PCM）具有较大的可逆固/液转变潜热[7]。使用由脂肪酸共晶混合物组成的PCM来维持约45°C的温和温度，可以避免高温带来的问题[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。毫无疑问，与传统的高温PTT相比，温和PTT的治疗效果显著降低[13]。将温和PTT与针对肿瘤高葡萄糖依赖性的饥饿疗法相结合，已成为提高治疗效果的有希望的策略[14]。

葡萄糖氧化酶（GOx）是一种带负电荷的蛋白质，可催化葡萄糖和氧气（O₂）生成葡萄糖酸和过氧化氢（H₂O₂）[15]、[16]。GOx已被广泛用于切断葡萄糖供应以实现饥饿疗法[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。除了切断葡萄糖供应外，生成H₂O₂也被视为一种潜在的抗肿瘤策略。尽管肿瘤细胞中的H₂O₂水平高于正常细胞[26]、[27]，但过量的H₂O₂也会诱导氧化应激，从而破坏癌细胞[28]。此外，H₂O₂可以通过芬顿反应或类似芬顿的反应转化为羟基自由基，从而实现化学动力学疗法[29]、[30]。O₂作为反应物被消耗。一旦O₂耗尽，反应就会停止。因此，将H₂O₂重新转化为O₂是促进葡萄糖分解的有效方法[29]、[31]、[32]、[33]。

然而，目前的研究主要集中在葡萄糖剥夺和H₂O₂介导的毒性上，很大程度上忽视了副产物葡萄糖酸的生物学影响。葡萄糖酸产生的酸化作用可能会深刻影响肿瘤细胞中的关键代谢过程。值得注意的是，三羧酸（TCA）循环——作为能量产生、生物合成前体生成和氧化还原平衡的核心枢纽——受到NAD⁺/NADH氧化还原对的严格调控[34]、[35]、[36]、[37]。我们假设H₂O₂（氧化应激）和酸性微环境（pH值扰动）的联合作用可能协同破坏TCA循环和NAD⁺/NADH平衡，导致能量代谢和大分子合成的严重崩溃，这种影响比单独任何一个因素都要严重。因此，系统研究GOx衍生产物对核心生物分子的影响是一个重要且尚未充分探索的方向，有助于全面阐明GOx介导的饥饿疗法的机制。

基于酶的疗法的效果本质上与酶在肿瘤内的成功递送和维持其活性密切相关。然而，GOx在弱碱性到碱性环境中容易失活，并且具有较高的水溶性，这给其在递送系统中的高效加载和保留带来了挑战。尽管已经探索了各种载体，包括介孔多巴胺（PDA）[17]、[18]、金属有机框架[20]和脂质体[21]、[22]，但实现高负载能力仍然困难。部分原因是GOx和传统合成的PDA都具有负表面电荷，导致静电排斥，限制了加载效率。

为了解决这些材料层面的挑战，我们提出了一种创新的钴掺杂多巴胺（CP）平台，旨在同时克服加载限制并作为高效的光热剂。引入路易斯酸位点（例如钴离子）有望调节PDA的表面电荷性质，增强其与带负电荷的GOx的相互作用，从而提高加载能力。同时，钴掺杂可以显著增强近红外吸收，提高光热转换效率。基于这一原理，我们开发了一种多功能纳米平台（CPGP），该平台集成了高容量的GOx加载、通过氧循环实现自我增强的饥饿疗法以及高效温和的光热疗法（图1）。

本研究表明，优化了钴/多巴胺配比的CP具有更多的路易斯酸位点和增强的近红外吸收，与纯PDA相比，GOx的包封效率（89.71%）和负载能力（47.29%）显著提高。在负载了GOx的CP表面涂覆PCM层后形成CPGP，该层在温和的光热加热（45°C）下仍能保持GOx的活性。该平台不仅催化葡萄糖分解并回收H₂O₂以缓解肿瘤缺氧，还协同消耗NAD⁺、NADH和ATP，损害线粒体功能，并通过坏死、凋亡和细胞增殖停滞诱导细胞死亡。体内研究表明，CPGP介导的联合饥饿-光热疗法能有效消融肿瘤，同时促进M1巨噬细胞的极化，并增强CD4⁺和CD8⁺ T细胞的浸润，从而增强抗肿瘤免疫力。

总之，通过机制洞察和材料设计的双重创新，这项工作阐明了一种新的协同机制，即GOx衍生产物如何破坏肿瘤代谢，并建立了一个基于钴掺杂多巴胺的高性能多功能治疗平台，为推进酶催化和光热联合疗法提供了新策略。

材料

六水合氯化钴（CoCl₂·6H₂）、盐酸多巴胺（DA）、氢氧化铵、Pluronic F-127（12.6 kDa）、1-α-卵磷脂、1-十四醇、油酸、葡萄糖、过氧化氢（H₂O₂（30%）、NAD⁺和NADH购自Aladdin（上海，中国）。DSPE-PEG-2000购自Yuanye Bio（上海，中国）。Tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) dichloride {[Ru(dpp)₃]Cl₂}购自MaokangBio（上海，中国）。葡萄糖氧化酶（GOx）购自Solarbio

CP和CPGP的合成与表征

多巴胺（PDA）通过在碱性环境中氧化聚合多巴胺（DA）来合成。在加入氨之前，通过将不同摩尔比的氯化钴加入DA溶液中制备了钴掺杂的PDA。通过XPS表征了钴掺杂PDA中各组分的化学状态。在高分辨率的Co 2p光谱（图1a）中，780.7和782.5 eV处的去卷积峰归因于二价钴离子[39]、[40]

结论

在这项工作中，通过在负载了GOx的CP表面涂覆由四环醇和油酸组成的相变材料（PCM）层制备了CPGP。由于存在弱路易斯酸位点，CP显示出较高的GOx包封效率和负载能力。同时，CPGP在近红外范围内具有优异的宽吸收光谱和光热效应。CPGP催化葡萄糖生成H₂O₂和葡萄糖酸，并进一步促进H₂O₂生成O₂的反应。

局限性与前景

本研究探讨了钴-多巴胺复合物的结构特性，并研究了GOx在饥饿疗法中的潜在机制。利用钴-多巴胺复合物有效加载GOx，然后在其表面涂覆相变材料，以实现温和的光热-饥饿联合抗肿瘤效应，该效应由近红外光激活。

GOx催化的葡萄糖代谢产生的酸可能导致特定生物分子（如NAD⁺）的变性

CRediT作者贡献声明

双龙唐：撰写——原始草稿、方法学、数据整理。王曦：撰写——原始草稿、方法学、数据整理。李静宇：撰写——原始草稿、方法学、数据整理。文晓丹：数据整理。陈浩：数据整理。严梅：数据整理。陈曦：撰写——审稿与编辑、监督。郭崇森：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目申请、概念构思。

伦理批准

动物实验按照中国《实验动物管理和使用规范》的标准进行，并获得了哈尔滨工业大学伦理研究委员会的批准（编号IACUC-2021031）。

未引用参考文献

[38]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号52172278）和黑龙江省自然科学基金（编号LH2022E050）的支持。